Cómo convertir el eco en imágenes 3D

Una nueva técnica asistida por inteligencia artificial supera al radar, el sonar y el lídar a la hora de obtener imágenes tridimensionales a partir del mismo principio que usan los murciélagos y otros animales.

Los murciélagos son capaces de generar una «imagen» tridimensional de sus alrededores gracias a un refinado sistema de ecolocalización (en la fotografía, una imagen estroboscópica infrarroja de murciélagos de la especie Pipistrellus pygmaeus cazando insectos por la noche). Una nueva técnica basada en el mismo principio permite obtener imágenes e incluso información sobre los parámetros vitales de una persona a partir de dispositivos comunes y sin necesidad de cámaras. [GETTY IMAGES/PAUL COLLEY/ISTOCK]

No son pocos los ejemplos de tecnologías que nos rodean y que están inspiradas en el mundo natural: desde la forma de las alas de los aviones hasta nuevos tejidos que imitan la piel de los tiburones, pasando por brazos robóticos que se inspiran en la trompa de los elefantes. Así ocurre también con los sistemas de detección por ecolocalización, el método que emplean los murciélagos y otros animales para orientarse.

El principio básico de la ecolocalización consiste en enviar pulsos de onda (es decir, paquetes de energía, ya sea acústica, de radio o láser) con una duración muy corta en una dirección determinada. Después se mide cuánto tiempo tardan esos pulsos en regresar al emisor. Este dato, conocido como tiempo de retorno, permite estimar, junto con la información relativa a la dirección de la emisión del pulso, la posición tridimensional de un objeto.

Sin embargo, si los pulsos son emitidos en todas direcciones, el tiempo de retorno medido por el detector solo nos permitirá conocer la distancia a la que se encuentra el objeto, pero no su posición en el espacio. Esto podría hacernos pensar que la ecolocalización con ondas multidireccionales y con un solo detector constituye una tarea imposible.

En un trabajo publicado hace poco por nuestro grupo de investigación de la Universidad de Glasgow, hemos presentado un nuevo sistema de imagen en 3D que, gracias a algoritmos de aprendizaje automático, consigue explotar la información registrada en el tiempo de retorno de ondas que se reflejan múltiples veces. Este método, que hemos bautizado como «ecos multicamino», no solo permite localizar la posición de un objeto, sino también conocer su forma e incluso extraer información sobre los signos vitales de un individuo. Además, la técnica respeta en todo momento la privacidad de las personas, ya que no requiere ninguna cámara. Ello promete importantes avances en materia de seguridad y en vigilancia de personas mayores o pacientes en hospitales, entre otras aplicaciones.

De los murciélagos al lídar

En el caso de los murciélagos, su complejo sistema de ecolocalización les permite emitir breves pulsos de onda a distintas frecuencias. A su vez, el tiempo de retorno de esas ondas proporciona información sobre la distancia a la que se encuentra un obstáculo con una resolución espacial inferior a la décima de milímetro. La diferencia en el tiempo de retorno en cada una de las orejas indica al animal si el obstáculo se encuentra a su derecha o a su izquierda con una precisión de hasta 2 grados, mientras que la forma de las orejas le permite obtener información sobre la altitud del objeto.

Además, el sistema auditivo de los murciélagos es tan preciso que les informa de si una presa se acerca o se aleja de ellos, de manera similar a los sistemas de tráfico por radar basados en el efecto Doppler. Este sentido también les permite distinguir entre texturas e incluso formas, lo que los convierte en los grandes depredadores que son durante la noche.

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